當入射電子擊中樣品表面時，入射電子與原子的原子核相互作用，并偏離其軌跡，如圖 1 所示。

圖1：入射電子與原子核相互作用后散射的示意圖

如果條件合適，入射電子可以被散射回來，并脫離樣品表面，保持其高能量。一般來說，較重的元素，因為它們的原子核較大，可以比較輕的元素更強烈地偏轉入射電子。因此，在掃描電鏡圖像中，像銀這樣的重元素（原子序數為 47）與原子序數為 14 的輕元素（如硅）相比顯得更加明亮，因為更多的背散射電子從樣品表面發射出來。

圖 2 顯示了銀和硅之間的背散射電子（BSE）圖像的對比。這張圖片顯示了一個太陽能電池板的區域，白色區域是銀，黑色區域是硅。

圖2：太陽能電池板的掃描電鏡（SEM）圖像，白色區域為銀，黑色區域為硅

但是如何在掃描電鏡中檢測到背散射電子呢?

通常用固態（或半導體）探測器進行背散射電子（BSE）的檢測。這些由摻雜的半導體材料（通常是硅）組成，并直接置于樣品上方，如圖 3 所示。半導體探測器的工作原理是利用入射的背散射電子（BSE）在半導體中產生電子空穴對。簡而言之：撞擊探測器的背散射電子（BSE）激發硅電子，形成電子空穴對。

在硅中形成電子空穴對，需要 3.6 eV 的能量，產生的電子空穴對的數量與入射電子的能量及數量成正比。此外，半導體探測器只對高能電子敏感，這也是為什么它們只用于探測背散射電子的原因。

圖3：半導體探測器示意圖 ¹

從入射的背散射電子中產生的電子空穴對可以在重組前被分離，從而產生電流。這種電流可以通過電子電路來測量，該電路是具有輸入電阻和反饋電阻的運算放大器，如圖 3 所示。

在這里，探測器為電荷收集電流發生器（Icc），與摻雜硅（Rd 和 Cd）的 p-n 結處形成的損耗層的電阻和電容平行，與半導體（Rs）的內部電阻串聯。由于放大器對于較大的 RF/Re 值會變得不穩定，所以在反饋回路中增加了額外的電容，以防止放大器振蕩。

圖4：半導體探測器系統的電子電路 ¹

半導體探測器噪聲的主要來源是入射的背散射電子（BSE）電流和前置放大器的噪聲。入射電子束的噪聲是由入射的電子數量的波動引起的。前置放大器的噪聲是熱噪聲，也叫約翰遜-尼奎斯特噪聲，它與波爾茲曼常數和電阻的溫度成正比。